p Com as vantagens crescentes do sequenciamento de DNA, Os biólogos da Universidade de Cincinnati estão desvendando muitos mistérios evolucionários por trás do complexo mundo da visão da aranha. p Olhar atentamente para o misterioso projeto genético de como esses peepers se desenvolveram e funcionam está ajudando os pesquisadores a ver grandes oportunidades para pesquisas futuras. Novos estudos podem incluir terapias genéticas em humanos com problemas visuais como degeneração macular ou câncer de retina.

p Para chegar a essas possibilidades, cientistas como Nathan Morehouse, Professor assistente de biologia da UC, teve que olhar para 500 milhões de anos atrás, para uma época chamada Período Cambriano para colocar a evolução dos genes do olho da aranha em perspectiva.

p "O que descobrimos é que partimos de antigos artrópodes aquáticos de corpo mole e sem olhos, ou pelo menos olhos que não fossilizam bem, de repente, olhos que se parecem com os olhos que vemos em insetos e animais terrestres hoje, com basicamente nada entre esses estágios, "diz Morehouse.

p E por "de repente, "Morehouse está falando sobre um pequeno período evolutivo de 50 milhões de anos.

p "Mas para o registro fóssil, 50 milhões de anos é um tempo muito curto para ir de nenhum olho em olhos como temos hoje, " ele adiciona.

p Enquanto aranhas e insetos primitivos chegaram à terra como dois grupos totalmente separados, eles provavelmente carregaram consigo alguns dos mesmos padrões de desenvolvimento para construir seus olhos.

p "Podemos usar novas evidências genéticas de insetos como ponto de partida para identificar genes importantes que controlam o desenvolvimento dos olhos em aranhas, "diz Morehouse." Isso vai estimular os biólogos-aranhas e as pessoas geralmente interessadas em visão a pensar sobre novas maneiras de construir uma visão melhor. Ainda não chegamos lá em termos de soluções de engenharia para a construção de olhos orgânicos, mas espero que isso esteja em nosso futuro. "

p Morehouse apresentou suas descobertas sobre a genética do desenvolvimento da visão de aranha na Conferência da Sociedade para Biologia Integrativa e Comparativa de 2018 em São Francisco, em janeiro.

p Esta pesquisa também faz parte de um projeto maior publicado recentemente na revista The Boletim Biológico , intitulado "Evolução molecular da visão de aranha:novas oportunidades, Jogadores familiares, "por Morehouse; Elke Buschbeck, Professor de biologia da UC; Daniel Zurek, pós-doutorado no departamento de biologia da UC e pesquisadores da Universidade do Havaí em Manoa.

p Previsão extravagante

p Este estudo colaborativo ajuda a descrever os fundamentos de como as aranhas evoluíram de um artrópode antigo com um olho composto com muitas facetas - as unidades sensíveis à luz em formato hexagonal que formam um olho composto - para olhos múltiplos com apenas algumas facetas.

p Uma das maneiras de fazer isso, os pesquisadores dizem, é pegar um monte de facetas ou células visuais e apenas fundir uma lente no topo. A outra é pegar uma única faceta e apenas torná-la maior e então adicionar mais células sensíveis à luz abaixo durante o desenvolvimento embrionário.

p “Achamos que durante o período cambriano, mais de 500 milhões de anos atrás, artrópodes antigos tinham dois grandes olhos compostos, um pouco semelhantes às moscas-das-frutas modernas, "diz Buschbeck." Mas em algum ponto evolutivo e tempo nas aranhas, o olho composto provavelmente se dividiu em um par de olhos mediais ou centrais na frente e um par de olhos compostos laterais encontrados nas laterais da cabeça. Mas de acordo com as evidências que descobrimos, eles podem ter mantido a antiga rede de genes para construí-los. "

p Embora se saiba que insetos e aranhas evoluíram ao mesmo tempo durante o período cambriano, Morehouse diz que eles acabaram em lugares totalmente diferentes. Eles usaram o mesmo kit básico de ferramentas para construir seus olhos, mas os detalhes precisos dos genes são ligeiramente diferentes.

p "Anos de cuidadosa genética de desenvolvimento nos mostraram como as moscas-das-frutas constroem seus olhos compostos e mediais - ou ocelos - a partir de redes de genes em interação, "diz Morehouse." Então, examinamos se esses genes desempenham exatamente o mesmo papel nas aranhas ou se os papéis mudaram. E nas aranhas encontramos o mesmo projeto ainda lá, pelo menos em uma versão preliminar! "

p Projeto visual

p Este fenômeno também apresenta uma consequência crítica para as criaturas de oito olhos em miniatura, como Morehouse diz, eles não podem adicionar mais células fotorreceptoras à retina depois que a lente é colocada no topo. Depois de examinar mais de perto o desenvolvimento das células retinais, os pesquisadores descobriram que as aranhas constroem seus olhos como pequenos embriões completos com todas as células retinais de que vão precisar e, em seguida, colocam a lente no topo.

p Então, como eles resolvem o problema de ter um grande número de células retinianas compactadas em uma cabeça com um décimo do tamanho de uma aranha adulta?

p Acontece que as células densamente compactadas têm mais pequenos pixels do que suas lentes podem realmente resolver, resultando na amostragem do mesmo ponto no espaço muitas vezes em vez de uma. Mas os minúsculos polvos podem ter que realizar truques óticos incomuns para processar sua visão embaçada. Esta não é a maneira "mais inteligente" de projetar um olho, dizem os pesquisadores. Os projetistas de câmeras tentam combinar a resolução do sensor da câmera com o poder de resolução da lente.

p "Um dos insights mais fascinantes aqui é que porque entendemos a base genética de como eles constroem esses olhos, podemos entender por que eles fazem coisas como colocar todas essas células da retina neste animal minúsculo, "diz Morehouse." O que parece uma ideia idiota de um ponto de vista estritamente visual acaba sendo parte do projeto daquele artrópode de 500 milhões de anos. "

p É necessária uma pesquisa básica como essa para entender o intrincado desenvolvimento genético, mas os pesquisadores dizem que isso abre algumas oportunidades realmente interessantes para a biotecnologia futura.

p Bebês com olhos esbugalhados

p "Nunca teríamos contado o número de células da retina nesses minúsculos juvenis se não tivéssemos suspeitado disso desde o início, " ele adiciona.

p Apesar da desvantagem de tamanho e da superlotação celular, os pesquisadores descobriram que os jovens fazem muitas das coisas sofisticadas que seus irmãos mais velhos podem fazer, como decifrar entre diferentes tipos de presas, como um mosquito e uma mosca.

p Embora Morehouse descreva esta pesquisa como os estágios iniciais de compreensão das vantagens e desvantagens para construir olhos desta forma, ele vê grandes oportunidades para imitar sistemas visuais minúsculos para produzir sensores menores do que qualquer um em uso regular hoje.

p “Se tivermos que construir uma lente para ser minúscula, menor do que qualquer sensor no momento e pequeno o suficiente para ser facilmente engolido como uma pílula para trabalho endoscópico, é possível que essas aranhas possam levar a biotecnologias que nunca imaginamos, "diz Morehouse.

p "Essas aranhas fizeram coisas realmente inteligentes com suas lentes, a forma de suas retinas e o tamanho de suas células retinais que os ajudam a superar desafios incríveis. "

p Outras descobertas surpreendentes revelaram padrões únicos de morte celular da retina em aranhas jovens. Quando as células da retina morrem, é muito mais provável que morram no centro da retina do que na periferia, que, segundo os pesquisadores, é exatamente o que acontece em humanos com a idade e o problema com a degeneração macular.

p "Como vemos esses tipos de mudanças acontecendo em aranhas saltadoras quando alimentados com dietas pobres, podemos descobrir coisas que nos ajudam a entender melhor a degeneração macular e outros problemas centrados no ser humano, "diz Morehouse e Buschbeck.

p Visão de aranha em Marte

p Embora este projeto ainda seja considerado ciência básica, Morehouse explica a ciência básica como limitada apenas pela criatividade da natureza.

p Ele aponta para o Mars Rover como um exemplo de uso de óptica inspirada na visão de uma aranha saltadora. Pesquisas anteriores revelaram como as aranhas saltadoras obtêm melhor acuidade em um pequeno sistema visual, movendo o sensor atrás de suas lentes. Isso inspirou a NASA a construir um sensor para o Rover que se move atrás de suas lentes de câmera, agora fornecendo melhores imagens em Marte.

p "O que fizemos aqui foi usar informações sobre a história antiga das aranhas para procurar genes que participam da visão e descobrimos que muitos de nossos palpites estão corretos, "diz Morehouse." Existem semelhanças genéticas em insetos que também estão sendo usados ​​de maneiras previsíveis em aranhas. Isso abre todo um novo trabalho para entender como a visão da aranha, embora único, pode ser semelhante ou diferente do que conhecemos da visão dos mamíferos como a nossa.

p "De fato, existem percepções que vêm do trabalho com as moscas da fruta que têm ajudado a saúde humana, então é bem possível que a próxima coisa que aprenderemos sobre a visão humana venha das aranhas."